H22010-3

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在可编程逻辑控制器系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是可编程逻辑控制器工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。可编程逻辑控制器及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定可编程逻辑控制器的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的可编程逻辑控制器和设计相应的控制系统。

一、输入输出（I/O）点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商可编程逻辑控制器的产品特点，对输入输出点数进行圆整。
二、存储器容量的估算　　
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。
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三、控制功能的选择　　
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
1、运算功能
简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通可编程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型可编程逻辑控制器中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在可编程逻辑控制器中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。
2、控制功能
控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高可编程逻辑控制器的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。
3、通信功能
大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。
可编程逻辑控制器系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等；大中型可编程逻辑控制器通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。
可编程逻辑控制器系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。可编程逻辑控制器系统的通信网络主要形式有下列几种形式：
1）、PC为主站，多台同型号可编程逻辑控制器为从站，组成简易可编程逻辑控制器网络；
2）、1台可编程逻辑控制器为主站，其他同型号可编程逻辑控制器为从站，构成主从式可编程逻辑控制器网络；
3）、可编程逻辑控制器网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；
4）、专用可编程逻辑控制器网络（各厂商的专用可编程逻辑控制器通信网络）。
为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、）通信处理器。
4、编程功能
离线编程方式：可编程逻辑控制器和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型可编程逻辑控制器中常采用。
五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。
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小林

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艾默生向合作厂家提供电力操作电源组件，合作厂家可利用组件组成一定容量配置的直流系统，应用于发电厂、水电站、各类变电站及其他需要直流供电的场合。
艾默生电力操作电源组件具有以下特点：
多种容量充电模块选择，实现一定容量配置的最优性能价格比。
110V/220V电压输出，方便系统的配置选型。
充电模块采用自然冷却方式，统一接口方式，设计简单，通用性强。
具有输出电压和电流平滑调节的功能。
充电模块智能控制，提供数据通讯接口。
充电模块硬件低差自主均流，保证系统的可靠运行。
分散多级监控系统，实现监控系统的简单可靠。
模块化结构，组屏简单，配置灵活。
组件配套齐全，可以提供全方位的解决方案。
原理
艾默生电力操作电源组件可以方便组合。利用这些组件可以实现模块化的设计，组成不同容量的系统。其基本组成形式如图1-1所示（以GZDW35接线方式为例）。
按照输入输出的顺序，电源系统可以分为如下几个部分：交流配电单元（包括交流输入、自动切换、C/D级防雷系统、交流信号检测）、AC/DC整流模块、蓄电池输入及其配电单元、电压调节单元、直流馈出配电单元、绝缘监测仪、电池监测仪、监控单元、配电监控单元（包括交流配电、直流配电），此外还有部分特殊功能组件。
交流电源输入分为手动控制和自动切换控制两种输入方式。两路输入时基本上都是采用自动切换方式，使用交流自动切换控制盒并辅以部分元器件就可以组成实现自动切换电路，实现系统两路交流电源的自动切换输入。其原理框图见图1-2。

  交流配电单元原理框图
两路输入也可以采用手动控制切换输入。此时需要增加一个切换控制开关，即在交流接触器的线圈回路中通过切换开关直接引入交流信号，以实现自动/手动控制。值得注意的是，不推荐用户在使用时长时间置于手动位置，因为此时交流接触器直接工作在交流供电状态下，交流电源的波动范围太大对接触器线圈的稳定工作是不利的。这种方式不推荐使用，因此具体控制连接不予提供。
一路输入时全部采用手动控制方式。
直流馈出母线
直流馈出母线有单母线和单母线分段两种形式，具体的系统方案分类见1.3节所述。每段母线的基本形式如图1-4所示，具体设计和生产需要依据实际的技术要求进行详细设计。

  直流馈出母线
方案
在实际设计过程中，用户可能要求不同接线方式以满足其要求。采用艾默生公司提供的核心组件，可以按照以下9种标准接线方式组屏。
单电池组、单母线分段
1．无降压装置GZDW30，见图1-5。

  GZDW30接线方案
2．有降压装置GZDW32，见图1-6。

  GZDW32接线方案
3．有降压装置GZDW34，同时设置控制母线模块，见图1-7。

  GZDW34接线方案
单电池组、单母线不分段


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